ガンマ線バーストのすべて|天文学

星がブラックホールに崩壊するときに起こると考えられているガンマ線バーストは、非常にエネルギーの高い爆発です。科学者は、ビッグバン以降に発生した最も強力で明るい爆発である可能性が高いと考えています。

最短のガンマ線バーストでさえ、太陽が 100 億年にわたって生成するよりも多くのエネルギーを放出する可能性があります。

これまでのところ、科学者はこれらのガンマ線バーストを天の川から遠く離れた銀河でしか観測していません。科学者たちは、ガンマ線バーストは非常にエネルギーが高く、発生頻度が非常に低いため、そして遠く離れた銀河でしか検出されないため、非常にまれな宇宙イベントである可能性が高いと考えています.

これらのガンマ線バーストとその起源は、高エネルギー天文学における最大の謎の 1 つです。

ガンマ線とガンマ線バーストとは?

ガンマ線は電磁放射の一種であり、最もエネルギーの強い光です。これらの光線は、X 線、UV 光、マイクロ波など、他の種類の電磁放射よりも短い波長の電磁波で構成されています。

ガンマ線バースト (または GRB) は、これらの光線の強力な爆発です。

個々のバーストの持続時間は大きく異なり、わずか数ミリ秒から数時間持続します。ほとんどのバーストは、2 秒以上続く「ロングバースト」です。バーストのごく一部は、持続時間が 2 秒未満の短いバーストです。

一部のバーストは超長時間バーストで、10,000 秒 (166 分または 2.7 時間) を超えて持続します。科学者はこれまで、これらの超長期バーストを少数しか確認していません。

GRB が発生すると、宇宙でガンマ線写真の最も明るいソースが一時的に提供されます。

通常、ガンマ線の最初のバーストの後に、X 線のような長波長の電磁放射が放出されます。

ガンマ線バーストの原因は?

科学者は、GRB の大部分は、星 (特に少量の金属を含む大きくて回転の速い星) が進化の最終段階でブラックホールに崩壊したことに起因すると考えています。

超新星またはコラプサーと呼ばれるこの崩壊により、星のコア近くの物質が星の中心に向かって急落し、降着円盤 (非常にエネルギーが高く、非常に明るい拡散物質の円盤) が形成されます。

この物質は、新しく形成されたブラックホールに落ち、ブラックホールの回転軸に沿って相対論的ジェット (光速に近い速度まで加速された物質のビーム) のペアを作成します。これらのジェットは崩壊しつつある星の表面を突き破り、ガンマ線バーストとして放射するエネルギーを放出します。

一部のモデルでは、ブラックホールはマグネターであり、非常に強力な磁場を持つ中性子星の一種です。ただし、それ以外の場合、モデルはほとんど同じままです。

コラプサーモデルは、すべてのタイプのガンマ線バーストを説明できるわけではありません。持続時間が 2 秒未満の短いガンマ線バーストが、星形成も大質量星もない系で発生するという証拠があります。これらのシステムから発生するガンマ線バーストは、代わりに、2 つの中性子星の合体とブラックホールの形成から発生する可能性があります。

科学者はまた、ガンマ線バーストの起源について多数の代替理論を提案しています。考えられる起源には、中性子星とブラックホールの合体、中性子星の崩壊、原始ブラックホールの蒸発 (ビッグバンの直後に形成された古代ブラックホールの仮説上の形) が含まれます。

ガンマ線バーストの歴史

ガンマ線バーストは、1960 年代後半から天文学者に知られているだけです。最初のガンマ線バーストは、ヴェラ衛星によって意図せずに観測されました — 冷戦の最盛期に核実験を検出するために構築された、米国が設計した衛星のグループです。

天文学者がガンマ線バーストを積極的に探し始めるまで、あと 20 年かかりません。 1991 年、科学者たちは、空のどこからでもガンマ線バーストを検出して位置を特定することを目的とした監視プログラムであるバーストおよびトランジエントソース実験 (BATSE) を使用して、コンプトンガンマ線天文台を立ち上げました。

BATSE プログラムは、1 日あたりおよそ 1 つのガンマ線バーストを検出し、これらのバーストが空全体に均等に分布していることを発見しました。これは、宇宙の特定の部分に集中するのではなく、宇宙のあらゆる場所、多くの異なる種類の銀河で発生していることを示唆しています。 .

このプログラムにより、科学者はさまざまな種類のガンマ線バーストの分類を開始することもできました。当初、天文学者はガンマ線バーストの 2 つのカテゴリを特定しました。2 ～ 30 秒続くものと、2 秒未満しか続かないものです。

BATSE の開始以来、世界中の科学者が多くの他のプログラムを開始してきました。

これらのプログラムは、30 秒をはるかに超える超長時間バーストを含む、さまざまなガンマ線バーストを特定しました。また、科学者は、ガンマ線バーストが空のどこで発生しても、より効果的に追跡できる新しい監視プログラムを常に開発しています。

ガンマ線は地球上の生命を脅かしますか?

GRB によって生成される高レベルのエネルギーは、私たちが知っているように、生命に破壊的な影響を与える可能性が非常に高いです。バーストからのエネルギーが有機物質に損傷を与えることに加えて、ガンマ線は DNA にも損傷を与え、生命に長期的な影響を与える可能性があります。

科学者は、GRB が既知の宇宙全体で発生していると考えていますが、科学者は天の川またはその近くでガンマ線バーストをまだ検出していません。観測された最も近いガンマ線バーストは、1 億 3000 万光年離れていました。

GRB が地球に十分近い距離 (5,000 ～ 8,000 光年の範囲内) で発生し、地球に直接向けられた場合、世界中の生態系に壊滅的な影響を与える可能性があります。天文学者は、このイベントがかなりありそうもないことに同意します。少なくとも、これは前例のないことです。

天の川銀河における GRB の潜在的な発生源

天の川銀河には、超新星に近づいており、崩壊時にガンマ線バーストを生成する可能性のある星系がいくつかあります。たとえば、地球から 8,000 光年離れた星を含む三重星系である Apep です。爆発寸前。

ただし、ガンマ線バーストに関する知識は、主に、宇宙の進化の初期段階で出現した金属の少ない銀河から得られます。天の川銀河のように、より多くの金属を含むより進化した銀河の超新星もガンマ線バーストを引き起こすかどうかを確実に知ることは困難です。

天の川銀河でガンマ線バーストを生成する既知の候補はすべて、地球から十分に離れているため、結果として生じるバーストが惑星に影響を与える可能性は低い.たとえガンマ線バーストが生命に危害を与えるほど地球の近くで発生したとしても、実際に地球に影響を与えるには正しい方向にある必要があります。

ガンマ線バーストは有機物に深刻な損害を与える可能性がありますが、近いうちにバーストが地球上の生命に影響を与えることを心配する必要はなくなるでしょう。

ガンマ線バーストの謎

科学者は 1960 年代後半からガンマ線バーストについて知っていましたが、これらのバーストがどこから来るのかまだ完全には理解していません。

しかし、世界中のプログラムは、宇宙のほとんどどこからでもガンマ線バーストを定期的に検出し続けており、これらのバースト、その特徴、潜在的な起源に関するより多くの情報を科学者に提供しています。

ガンマ線ホットスポットなどの関連する現象は、科学者が GRB がどのように発生したかを判断する際の追加の助けとなる可能性があります。

ガンマ線は生命に重大な損害を与える可能性がありますが、地球がガンマ線バーストを経験する可能性は低いです。